安光所在非多普勒测风激光雷达光源研发领域取得突破

近日，中科院安徽光机所张天舒研究员团队，在非多普勒测风激光雷达光源研发领域取得突破，开发出轻量型基于双单管二极管泵浦的被动调Q Nd：YAG主振荡功率放大（MOPA）激光器，且关键核心指标上超越了国外同类商业产品。相关成果以《用于测风激光雷达的双单管二极管泵浦被动调Q Nd：YAG　MOPA激光器》（“Dual single-emitter diode-pumped passively Q-switched Nd:YAG MOPA laser for wind lidar”）为题，发表于OSA旗下期刊Optics Express（光学快报）。

Nd:YAG MOPA激光器系统装置

近地表（0至数百米垂直高度范围内）高分辨率风场传感在低空经济、风能优化和航空安全等新兴领域至关重要。安光所团队攻克了传统多普勒测风雷达在复杂近地表部署中的成本高与环境适应性差的难题，为数百米范围内的近地表高分辨率风场传感提供了核心技术支撑。这种小型化、高稳定性、环境适应力强的基于双单管二极管泵浦的被动调Q Nd：YAG主振荡功率放大（MOPA）激光器，让“测风”变得更简单、更便宜、更精准。

传统多普勒激光雷达存在两大技术难点，一是需要依赖复杂频移解调工艺，二是对光学系统的精度和瑕疵控制要求极高，要严格光学像差控制，为解决这一瓶颈，团队创新采用紧凑型、高稳定性的被动调Q MOPA架构，并采用双单管二极管泵浦技术，即由单管二极管分别对振荡器和放大器进行独立泵浦。与此同时，这套系统还结合了两级温控设计与偏振耦合双程放大配置，实现了优异的热管理与能量提取，摆脱了复杂散热系统的体积束缚。

研发团队对这款自主研发的集成化激光器系统开展了全面性能测试，核心参数表现优异：在3.96千赫兹的重复频率下，设备能稳定输出5.012纳秒的脉冲宽度与442.9微焦的单脉冲能量。同时，激光光束质量接近衍射极限。尤为值得一提的是，系统展现出卓越的热鲁棒性，在30~50℃的环境温度范围内，其激光功率波动误差控制在±3％以内，光束指向性漂移最大值不超过50微弧度，该激光器多项核心关键核心指标上超越了国外同类商业产品。

除光源核心技术的突破外，团队在激光雷达整机系统的应用上亦取得重要创新。团队将该高能微片激光器成功集成到多波束、无扫描的非多普勒激光雷达架构中，利用相关算法追踪气溶胶运动，成功完成了连续24小时的近地表风廓线测量，实测数据显示：设备捕捉到的风速与风向时序变化趋势与原位气象传感器数据高度吻合，探测结果精准可靠。

在设备实用性方面，这款激光器重量仅为400克，极大提升了激光雷达系统的紧凑性，使其能够轻松兼容中型无人机（UAV）等各类移动平台，适用场景十分广泛。

该成果的取得不仅为复杂环境下的近地表风场遥感提供了一套高可行性、低成本、易部署的全新解决方案，也将为未来城市微气候监测和复杂地形下的三维动态风场测绘奠定了核心技术基础，有望助力低空经济的安全运行与产业迭代升级。

陈金信博士生为论文第一作者，王宇阳硕士生为共同作者，张天舒研究员为论文通讯作者。该研究获得国家重点研发计划项目的支持。

相关内容：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-34-12-21174